Конспект лекций для студентов заочной формы обучения Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (стр. 5 )

Водород можно передавать по трубопроводам или использовать непосредственно для получения электроэнергии в топливных элементах.

Водород получают разложением аммиака NH3 на азот N2 и водород Н2 при более низких температурах, чем воду. Сочетание теплового двигателя для сжигания водорода и солнечного тепла для преобразования аммиака позволяет получать электроэнергию.

Вопросы и задачи.

8. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Основные понятия

Энергосбережение - это реализация правовых, организационных, научных, производственных, технологических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов с вовлечением в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Энергосбережение в технике осуществляется при изготовлении, эксплуатации, ремонте, утилизации изделий, выполнении работ.

Энергоемкость - это количественная характеристика затрат энергии (топлива) на основные технологические процессы изготовления, ремонта, утилизации, выполнения работ. Энергоемкостью оценивается энергетическая рациональность конструкций в части их энергопотребления.

Энергопотребление - это затраты энергии (топлива) при использовании изделий, установок и т. д. по назначению. Энергозатраты включают все расходы энергоресурсов по данному технологическому или хозяйственному объекту, приведенные к условному топливу.

По энергозатратам изделие или технологический процесс может быть энергоэкономичным или неэкономичным, а использование энергоресурсов эффективным (энергоэффективная технология) или неэффективным. При несоблюдении требований стандартов, технических условий и паспортных данных возможен непроизводительный расход энергоресурсов.

Энергопотребляющие изделия и процессы характеризуются энергетической эффективностью (энергетическим КПД), которая подразделяется на классы, определяемые индексами энергетической эффективности.

Показатели энергосбережения дают количественную характеристику мер по энергосбережению и основываются на показателях энергопотребления и энергоемкости. Они могут быть абсолютными, удельными, относительными, сравнительными.

В качестве основного относительного показателя обычно используется КПД.

К абсолютным показателям энергосбережения относятся: расход топлива или энергии, потребляемая мощность, потери мощности, падение напряжения в номинальном режиме, потери холостого хода и короткого замыкания.

К удельным показателям энергосбережения относятся: КПД, удельный расход топлива или энергии на единицу продукции (или энергии), отношение потерь к номинальной мощности, коэффициент использования.

Плановый расчетный показатель усредненного расхода энергии или топлива при изготовлении, эксплуатации, ремонте, утилизации изделий представляет собой норму расхода энергоресурсов. Различают нормы: индивидуальные и групповые, технологические.

Норматив - это норма расхода энергоресурсов применительно к конкретным условиям, конкретному объекту, процессу.

Требования по энергосбережению должны устанавливаться ГОСТ, ТУ, КД на все изделия и процессы при использовании которых потребляется энергия или топливо. Эти изделия и процессы подразделяются на: (1) потребляющие энергию (топливо) для производства продукции, выполнения работ, (2) для преобразования одних видов энергии в другие, (3) для создания энергоносителей.

Энергосбережение характеризуется: (1) показателями энергопотребления (например, энергопотребление бытового холодильника 0,5 кВт×ч в сутки), (2) показателями энергоемкости (например, при изготовлении бытового холодильника расходуется 80 кВт. ч электроэнергии, 20 кг условного топлива и т. д.), (3) показателями энергосодержания (например, энергосодержание 1 кг биогаза, получаемого при пиролизе навоза, составляет 20 МДж, или энергосодержание 1 кг бензина, получаемого при перегонке нефти, составляет 47 МДж).

Показатели энергопотребления должны использоваться:

(1) для изделий, потребляющих различные виды топлива для производства энергии (котельная, дизель-генератор), для выполнения работ (автомобиль, тепловоз), для производства продукции (плавильная печь),

(2) для изделий, потребляющих различные виды энергии для преобразования в другие виды энергии (газовая турбина, электродвигатель), для выполнения работы, производства продукции (насос, буровая установка, фасовочный автомат, холодильник),

(3) для изделий, участвующих в передаче и распределении энергии (трансформатор, ЛЭП, трубопровод, редуктор).

Показатели энергоемкости операций по изготовлению, ремонту, утилизации выражаются количеством топлива (энергии), израсходованного на основные технологические процессы, без учета расходов на отопление, освещение и т. д.

Для учета расхода всех топливно-энергетических ресурсов их пересчитывают на условное топливо с теплотой сгорания 29,3 МДж/кг.

Энергосбережение в системе электроснабжения

Полная система электроснабжения включает в себя электрические станции, электрические системы и сети (линии электропередачи, трансформаторные подстанции) и потребителей электрической энергии.

Потери энергии начинаются с электрической станции, с преобразования внутренней энергии топлива в электрическую энергию в генераторе, КПД этого преобразования низок в основном из-за низкой эффективности теплового двигателя. В конденсационных электростанциях он составляет всего 30%, в ТЭЦ - достигает 80%.

Потери энергии в электропередаче (в линиях и трансформаторах) тоже значительны, поскольку от источника до потребителя электроэнергия подвергается 3-5 трансформациям и проходит сотни и тысячи километров. К. П.Д. электропередачи составляет ориентировочно 90%.

Не менее расточительны и сами потребители электрической энергии: КПД наиболее широко распространенных источников электрического освещения, ламп накаливания всего 5%, К. П.Д. люминесцентных и наиболее современных галогенных ламп - около 20%, КПД электродвигателей небольшой мощности (микродвигателей) – 30...50%, КПД мощных двигателей – 80...90% и выше. Кроме того, существуют электротехнологические установки, такие как сварка, высокочастотный нагрев, нагрев в печах сопротивления, в дуговых печах, сопровождающиеся значительными потерями энергии. Все это объекты для энергосбережения в системе электроснабжения.

Мероприятия по энергосбережению в системе электроснабжения организует и стимулирует энергосистема путем установления соответствующих тарифов (двухставочный тариф, дневной, ночной тариф и т. д.), путем принудительных включений - отключений, заданием своих требований к графикам нагрузки и т. д.

Нерациональные расходы электроэнергии возникают:

· при несоответствии используемого устаревшего оборудования характеру и объёму производства в изменившихся условиях,

· при использовании электронагревателей для нагрева помещений, воды и т. д. при наличии других источников тепла (пар или горячая вода от котельных или ТЭЦ, солнечная энергия, энергия ветра),

· при отсутствии или плохом качестве теплоизоляции электропечей, электроплит, кухонного оборудования.

· при отсутствии или недостаточной или избыточной мощности компенсирующих устройств,

· при плохом состоянии механического оборудования (дефекты конструкции, выработанные подшипники, ненадлежащая смазка),

· при плохом качестве ремонта электродвигателей,

· при завышенной мощности электродвигателей,

· при завышенной или заниженной мощности электронагревателей,

· при отсутствии автоматического управления и регулирования технологических процессов горения в котельных, подачи воды, воздуха, отсоса дымовых газов, частоты вращения в механизмах в зависимости от требуемой нагрузки, температуры и т. д.,

· при отсутствии контроля расхода электроэнергии в подразделениях и отсутствии систем материального стимулирования энергосбережения,

· при плохом качестве или отсутствии теплоизоляции сетей сжатого воздуха.

Снижение потерь энергии в системе электроснабжения достигается

· уменьшением потерь в трансформаторах - правильным выбором их мощности, числа, рационального режима работы, исключением холостых ходов при малых загрузках, выбором числа одновременно работающих трансформаторов, подбором компенсирующих устройств, применением автотрансформаторов,

· уменьшением потерь в линиях, шинопроводах, реакторах,

· регулированием графиков нагрузки,

· компенсацией реактивной мощности, правильным выбором мощности и расположения компенсирующих установок,

· применением для компенсации реактивной мощности батарей статических конденсаторов на напряжениях 0,38 и (или) 6-10 кВ, применение синхронных двигателей, работающих в режиме перевозбуждения или с , применение синхронных компенсаторов на крупных подстанциях,

Снижение потерь совершенствованием технологического процесса достигается:

рациональным выбором самого технологического процесса, имея ввиду, что расход энергии, например, при строгании в 1,5 раза больше, чем при токарной обработке одних и тех же деталей, а при сверлении в 1,3 раза больше, чем при строгании и т. д., совмещением операций, увеличением подач, увеличением загрузки двигателей, заменой незагруженных двигателей двигателями меньшей мощности, переключением незагруженных двигателей с треугольника на звезду, автоматизацией операций, например, подвод-отвод инструмента, повышением качества ремонта асинхронных двигателей (нежелательность проточки роторов, своевременная замена подшипников, перемотка обмоток без нарушения технических условий и т. д.), регулированием частоты вращения электродвигателей для снижения расхода насосов компрессоров, вентиляторов, вместо регулирования задвижкой, выбором числа параллельно работающих механизмов, регулированием и своевременным отключением электрического отопления, освещения, кондиционирования при окончании работы, в зависимости от состояния окружающей среды, регулированием напряжения в допускаемых ГОСТ пределах - 5-10% номинального.

Снижение потерь в осветительных установках достигается:

· применением современных экономичных источников света - галогенных, люминесцентных ламп с КПД = 20% взамен ламп накаливания с КПД = 5%,

· максимальным использованием естественного освещения путем проектирования производственных зданий, организацией рабочего времени, содержанием в чистоте прозрачных потолков, окон,

· автоматическим или ручным отключением ненужного освещения в светлое время или снижением освещенности, когда это возможно,

· уменьшением мощности ламп там, где это не мешает технологическому процессу заменой ламп или снижением напряжения с помощью трансформатора или в схеме с однополупериодным выпрямителем.

Вопросы и задачи

Что такое энергосбережение?

Охарактеризуйте понятия энергоемкость, энергопотребление, энергосодержание.

Назовите известные вам показатели энергосбережения, назовите их величины.

Что такое нормы расхода энергоресурсов? Кто их устанавливает и как?

В каких случаях используются показатели энергопотребления?

В каких случаях используются показатели энергоемкости?

Перечислите элементы системы электроснабжения, в которых происходят потери энергии. Назовите ориентировочную величину К. П.Д. теплового двигателя, синхронного генератора, трансформатора, электропередачи, К. П.Д. электродвигателей, ламп накаливания, люминесцентных и галогенных ламп.

Кратко оцените возможности экономии энергии в системе электроснабжения от генератора электрической станции до заводских и цеховых подстанций.

Суточный график нагрузки трансформатора ТМН-1000/35:

Время, час	Нагрузка, кВА	cos j
0…8	0
8…14	1000	0,9
14…18	425	0,8
18…24	200	0,6

Номинальные данные трансформатора: Sн = 1000 кВА, Uн = 35/0,4кВ, U/Uо - 0, Rо = 2,1 кВт, Rк = 11,6 кВт, Uк = 6,5%, iо = 1,4%. Определите:

номинальный КПД трансформатора (при ), максимальный КПД, среднесуточный (энергетический) КПД, При каком соотношении потерь и при какой нагрузке в процентах от номинальной КПД трансформатора имеет максимальное значение?

Ответ:98,65%, 99,02% при равенстве постоянных и переменных потерь, 98,36%.

Проанализируйте технологическую схему насосной установки системы водоснабжения. Система включает: всасывающий трубопровод, приводной электродвигатель, редуктор, насос, напорный трубопровод, вентили, краны потребителей и т. д.). Укажите возможные источники потерь воды и электроэнергии и пути энергосбережения.

Определите годовые потери электроэнергии и их стоимость от утечек в системе водоснабжения города, с населением 2 млн. человек, полагая, что в городе из 100 тыс. кранов капает по 1 капле (1 мл) в секунду круглые сутки. Мощность насосов определите по формуле

,

где:r=103 кг/м3 - плотность воды,

g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения,

Н - полный напор с учетом высоты всасывания, м, Н = 100 м,

производительность насосов, м3/с,

Стоимость 1 кВт×ч электроэнергии для систем водоснабжения и отопления– 170 руб./кВт. Ч

Ответ:859,4тыс. кВт. ч,146,1 млн. руб.

12.Определите годовой расход электроэнергии и экономический эффект в кВт. ч от замены малонагруженного асинхронного двигателя номинальной мощностью 200 кВт, с частотой вращения 980 об/мин, номинальным КПД 94%, КПД при 40-процентной загрузке 92%, используемого для привода механизма со статическим моментом нагрузки на валу 800Нм, с частотой вращения 980 об/мин при годовом числе часов работы 4000, двигателем мощностью 90 кВт, частотой вращения 980 об/мин, КПД 92,5% и .

Ответ:356,8 тыс. кВт. ч,1,93 тыс. кВт. ч.

13.Определите расход электроэнергии на нагрев 100л воды от 10 до 100ºС в баке с электронагревателем мощностью 8 кВт, полагая средние тепловые потери, равными 1 кВт. Сравните с расходом электроэнергии при уменьшении мощности нагревателя до 4 кВт, полагая мощность тепловых потерь неизменной. Теплоемкость воды 1 ккал/кг. град, соотношение 1ккал=1/860кВт. ч. Сделайте выводы.

Ответ: 12 кВт. ч и 14кВт. ч, снижение мощности устройства не всегда приводит к снижению расхода электроэнергии.

14.Оцените эффективность «энергосберегающего» устройства для нагрева жидкости по патенту Республики Беларусь BY 682 C1 по заявке 359А от 14.6.93г. Устройство состоит из центробежного насоса с приводным асинхронным электродвигателем и замкнутого контура для движения жидкости. Замкнутый контур выполнен с переменным гидравлическим сопротивлением. В нем происходит попеременное ускорение и торможение движения жидкости, в результате которого жидкость нагревается. В качестве рабочей жидкости используется вода. Расход воды при нагревании воды в замкнутом контуре составляет 0,45м3 /с, напор - 6,0м. Расход воды при подаче воды потребителям - 0,055м3/с, напор - 6м. Определите:

· мощность электродвигателя насоса устройства для нагрева жидкости при работе насоса на замкнутый контур,

· мощность на валу электродвигателя для перекачки горячей воды потребителям,

· суммарную номинальную мощность электродвигателя,

· выберите электродвигатель, полагая номинальную частоту вращения насоса 1440…1500об/мин.

Ответ: 33кВт, 4кВт, 37кВт, 4А200М4У3 (37кВт, КПД 91%).

15.Определите эффективность «энергосберегающего» устройства по задаче 14:

потери мощности в двигателе при номинальной его загрузке, потери в насосе при максимальном КПД, равном 80%, полезную мощность, идущую непосредственно на нагрев, полную полезную мощность установки, затрачиваемую непосредственно на нагрев и перекачку, полную потребляемую мощность, КПД такого преобразования мощности.

Ответ: 3,66кВт,7,4кВт,25,6кВт, 29,6кВт,40,66кВт, 72,8%.

16.Определите эффективность установки для нагрева воды по задаче 14 с нагревательным устройством в виде ТЭНа, установленного в специальном теплоизолированном баке с водой и с насосом, используемым только для перекачки воды с приводным двигателем 4А100L4У3 (4кВт, КПД 84%).

Определите:

потери мощности в двигателе при номинальной его загрузке, потери в насосе при максимальном КПД, равном 80%, полезную мощность, идущую на нагрев и перекачку воды, полную потребляемую мощность установки, затрачиваемую непосредственно на нагрев и перекачку, КПД такого преобразования мощности. Сделайте заключение об «эффективности» рассмотренного устройства.

Ответ:0,76кВт, 0,8кВт, 28,8кВт, 30,66кВт, 94,9%.КПД устройства на 22,1% ниже, чем при нагреве обычным ТЭНом.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Дж. Твайделл, А. Уэйр. Возобновляемые источники энергии.- М.: Энергоатомиздат, 1990 г.- 391 с.

2. Шефтер энергии ветра. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г.

3. , Лосюк источники энергии. Учебно-методическое пособие для студентов вузов. Минск. БГПА, 2001

4. Олешкевич ветроэнергетики в Беларуси//Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ-1999.-№1

5. , Жуков белорусской ветроэнергетики. Опыт Занарочи // Энергия и ТЭК. – 2004. – № 8. – С. 43 – 45.

6. Вымороков электростанции. М.-Л.: Энергия, 1986 г.

7. Коробков энергии океана.- Л., Судостроение, 1986 г.

8. Мак- Применение солнечной энергии.- М.: Энергоатомиздат, 1981 г.

9. Биотехнология: свершения и надежды.- М., Мир, 1967 г.

10. , Чуланов электроэнергии в промышленности.- М.: Энергия, 1982 г.

11. , Макоско характеристик роторных ветроэнергетических установок. //Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ-2000.-№6

12. , Макоско квазиустановившихся режимов работы асинхронного генератора системного ветроагрегата. //Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ - 2003.-№3, с.29-42

13. , , Бохан энергетические установки на возобновляемых источниках энергии. //Энергетика. Известия вузов и ЭО СНГ -2000.-№5, с. 23-30

14. Постановление СМ РБ от 24.4.1997г. № 000 с изменениями 28.2.2002г. № 000 «О развитии малой и нетрадиционной энергетики».

15. Постановление СМ РБ от 22.5.1997г. №45 «О порядке формирования тарифов на электроэнергию, покупаемую у объектов малой и нетрадиционной энергетики»

16. Ахмедов и возобновляемые источники энергии. - М.:О-во «Знание», 1988.

17. Калашников источники энергии. - М.: О-во «Зна-

ние», 1987.

18. , Дубинин способы получения энергии. - Саратов: СПИ, 19с.

19. Лабунцов основы энергетики. - М.: Изд-во МЭИ, 2000.

20. , Соловьев ______С